Moteur à induction monophasé

Le moteur à phase fractionnée, également appelé moteur à démarrage par résistance, est doté d'un rotor à cage unique. Son stator est équipé de deux enroulements distincts : l'enroulement principal et l'enroulement de démarrage. Ces deux enroulements sont décalés spatialement de 90 degrés, une configuration qui joue un rôle crucial dans le fonctionnement du moteur.

L'enroulement principal se caractérise par sa très faible résistance et sa haute réactance inductive, tandis que l'enroulement de démarrage présente des caractéristiques opposées, avec une haute résistance et une faible réactance inductive. Cette disparité dans les propriétés électriques entre les deux enroulements est essentielle pour générer le couple nécessaire au démarrage du moteur. Le schéma de connexion de ce moteur est présenté ci-dessous, illustrant comment ces composants interagissent au sein du circuit électrique :

Une résistance est connectée en série avec l'enroulement auxiliaire (de démarrage). En raison de cette disposition, les courants circulant dans les deux enroulements diffèrent. Par conséquent, le champ magnétique rotatif résultant est non uniforme, entraînant un couple de démarrage relativement faible. Généralement, ce couple de démarrage est compris entre 1,5 et 2 fois le couple nominal. Au moment du démarrage, les enroulements principal et de démarrage sont connectés en parallèle sur la source d'alimentation.

Une fois que le moteur atteint environ 70 à 80 % de la vitesse synchrone, l'enroulement de démarrage est automatiquement déconnecté de la source d'alimentation. Pour les moteurs d'une puissance d'environ 100 watts ou plus, un interrupteur centrifuge est généralement utilisé pour effectuer cette déconnexion. En revanche, pour les moteurs de puissance inférieure, un relais sert à déconnecter l'enroulement de démarrage.

Un relais est connecté en série avec l'enroulement principal. Pendant la phase de démarrage, un courant important traverse le circuit, ce qui provoque la fermeture des contacts du relais. Cette action place l'enroulement de démarrage dans le circuit. Lorsque le moteur approche de sa vitesse de fonctionnement prédéterminée, le courant traversant le relais commence à diminuer. Finalement, le relais s'ouvre, coupant la connexion de l'enroulement auxiliaire de la source d'alimentation. À ce stade, le moteur continue à fonctionner uniquement avec l'enroulement principal.

Le diagramme vectoriel du moteur à induction à phase fractionnée, qui explique les relations électriques et les différences de phase au sein du moteur, est représenté ci-dessous :

Le courant dans l'enroulement principal, noté IM, est en retard par rapport à la tension d'alimentation V d'environ 90 degrés. En revanche, le courant dans l'enroulement auxiliaire, IA, est approximativement en phase avec la tension de ligne. Cette différence de relation de phase entre les deux enroulements entraîne un décalage temporel entre leurs courants. Bien que la différence de phase ϕ ne soit pas de 90 degrés, mais généralement d'environ 30 degrés, elle est suffisante pour générer un champ magnétique rotatif. Ce champ magnétique rotatif est crucial pour initier la rotation du moteur et permettre son fonctionnement.

La caractéristique couple-vitesse du moteur à phase fractionnée, qui illustre comment le couple de sortie du moteur varie avec sa vitesse de rotation, est présentée ci-dessous. Cette courbe caractéristique fournit des informations précieuses sur les performances du moteur dans différentes conditions de fonctionnement et est essentielle pour comprendre son comportement et optimiser son utilisation dans diverses applications.

Dans la caractéristique couple-vitesse du moteur à phase fractionnée, n0 marque la vitesse de rotation à laquelle l'interrupteur centrifuge s'active. Le couple de démarrage du moteur à démarrage par résistance est généralement d'environ 1,5 fois son couple à pleine charge. À environ 75 % de la vitesse synchrone, le moteur peut atteindre un couple maximal d'environ 2,5 fois le couple à pleine charge. Cependant, il est important de noter que lors du démarrage, le moteur consomme un courant important, équivalent à environ 7 à 8 fois la valeur à pleine charge.

Inverser la direction d'un moteur à démarrage par résistance est un processus simple. Il peut être réalisé en inversant simplement la connexion de ligne de l'enroulement principal ou de l'enroulement de démarrage. Il est crucial de souligner que cette inversion ne peut être effectuée que lorsque le moteur est à l'arrêt ; tenter de l'inverser pendant qu'il est en mouvement peut entraîner des dommages mécaniques et électriques.

Applications du moteur à induction à phase fractionnée

Les moteurs à induction à phase fractionnée sont reconnus pour leur abordabilité. Ils sont bien adaptés aux applications impliquant des charges faciles à démarrer, surtout lorsque la fréquence des opérations de démarrage est relativement faible. En raison de leur couple de démarrage limité, ces moteurs ne sont pas idéaux pour les entraînements nécessitant plus de 1 kW de puissance. Néanmoins, ils trouvent un usage étendu dans une large gamme d'appareils ménagers et industriels courants :

• Appareils ménagers : Ils alimentent des composants tels que les machines à laver et les ventilateurs de climatisation, facilitant le bon fonctionnement de ces dispositifs essentiels.

• Équipements de cuisine et de nettoyage : Dans la cuisine, ils alimentent les mixeurs et les broyeurs, tandis que dans les applications de nettoyage, ils sont utilisés dans les polisseuses de sol, rendant les tâches quotidiennes plus pratiques.

• Gestion des fluides et ventilation : Les soufflantes et les pompes centrifuges, qui sont essentielles pour la ventilation et le transport des fluides dans divers systèmes, s'appuient souvent sur des moteurs à induction à phase fractionnée pour leur fonctionnement.

• Outils de fraisage : Ces moteurs jouent également un rôle dans les machines à percer et à tourner, contribuant à la précision et à l'efficacité des processus de fraisage.

En résumé, le moteur à induction à phase fractionnée, avec ses caractéristiques distinctives et ses applications pratiques, reste un composant précieux dans le domaine de l'ingénierie électrique.